马达的振动控制系统、方法以及电子设备与流程

本发明涉微电机控制领域，具体包括马达的振动控制系统、方法以及电子设备。

背景技术：

目前，智能手机、平板电脑等便携设备应用的越来越普及。在便携设备中设置触觉反馈已成为提升用户体验的一种有效方法。通常，这些便携设备中通过放置线性谐振激励器(LRA，简称马达)来实现振动功能，而往往预先设置好激励电压来激励马达产生预期的振动效果。然而，由于马达单体差异、设备所处环境、设备握持方式等的差异，可能会使预设的振动效果产生畸变，从而达不到用户预期的效果。

技术实现要素：

本发明针对解决振动效果产生畸变的问题，而提供一种马达的振动控制系统、方法以及电子设备。

为实现上述目的，本发明提供了一种马达的振动控制系统，所述系统包括：变换模块、均衡模块、第一转化模块、第二转化模块、误差计算模块以及自适应调节模块；

所述变换模块用于获取输出至所述马达的预设激励电信号，并根据激励电信号至位移信号变换的传递函数对所述预设激励电信号进行运算得到期望的位移信号；

所述均衡模块电连接至所述变换模块，用于对所述期望的位移和马达当前参数进行运算得到驱动信号；

所述第一转化模块用于对所述驱动信号进行数模转换后输出给所述马达以驱动所述马达；

所述第二转换模块用于获取所述马达在当前驱动信号下的实际电压和实际电流并将所述实际电压和实际电流进行模数转换；

所述自适应调节模块用于对所述实际电压以及所述当前马达参数进行运算得出预测电流；

所述误差计算模块用于计算所述预测电流和所述实际电流之间的差异；

所述自适应调节模块根据所述差异进行参数迭代得到马达更新参数；

所述均衡模块根据所述马达更新参数和所述期望的位移信号重新运算出所述驱动信号。

进一步地，所述传递函数用第一公式表示，所述第一公式为：

H(z)为预设激励电信号变化为位移信号的传递函数的z变换，其中，

Ω0为所述电机的谐振频率，fs为所述变换模块模数转换的采样率，Q为变换模块的品质因子，kd为所述马达的劲度系数，ζ为马达的阻尼系数，φ0为电磁力系数，Reb为马达电阻。

进一步地，所述自适应调节模块利用第二公式对所述实际电压以及所述当前马达参数计算出预测电流，所述第二公式为：

icp为预测电流，icm[n]为实际电流，ud[n]为振子机械速度。

进一步地，所述误差计算模块利用第三公式对所述预测电流和所述实际电流运算得出所述预测电流和所述实际电流之间的差异，所述第三公式为，

εoei[n]＝icm[n]-icp[n]

其中，εoei[n]为差异函数，表示马达参数的差异。

进一步地，所述马达更新参数包括对马达电阻进行更新的马达电阻更新参数和对电磁力系数进行更新的电磁力更新系数，其中，所述自适应调节模块利用第四公式对所述差异进行运算得到马达电阻的马达更新参数，第四公式为：

所述自适应调节模块利用第五公式对所述差异进行运算得到电磁力系数的马达更新参数，第五公式为：

其中，

均为迭代的步长，σu为自适应滤波器前项系数。

进一步地，所述均衡模块利用第六公式对所述期望的位移和马达更新参数进行运算得到驱动信号，所述第六公式为：

其中，

b1-a＝a1，

b2-a＝a2，

其中，Ωd和Qd为均衡模块的期望谐振频率和品质因子，σc为增益系数，其中，σc为增益系数根据以下表达式获得：

本发明提供了一种马达的振动控制方法，所述方法包括：

获取输出至马达的预设激励电信号，并根据激励电信号至位移信号变换的传递函数对所述预设激励电信号进行运算得到期望的位移信号；

所述期望的位移和马达当前参数进行运算得到驱动信号；

所述驱动信号进行数模转换驱动所述马达；

获取所述马达在当前驱动信号下的实际电压和实际电流并将所述实际电压和实际电流进行模数转换；

根据所述实际电压以及所述当前马达参数进行运算得出预测电流；

计算所述预测电流和所述实际电流之间的差异；

根据所述差异进行参数迭代得到马达更新参数；

根据所述马达更新参数和所述期望的位移信号重新运算出所述驱动信号。

进一步地，所述自适应调节模块根据所述差异进行参数迭代得到马达更新参数，具体方法包括，

根据LMS最小均方算法，根据所述差异获取所述补偿量。

进一步地，所述传递函数用第一公式标识，所述第一公式为：

H(z)为预设激励电信号变化为位移信号的传递函数的z变换，其中，

Ω0为所述电机的谐振频率，fs为所述变换模块模数转换的采样率，Q为变换模块的品质因子，kd为所述马达的劲度系数，ζ为马达的阻尼系数，φ0为电磁力系数，Reb为马达电阻。

进一步地，所述根据驱动信号和马达电阻计算出预测电流，具体包括利用第二公式对实际电压以及所述当前马达参数计算出预测电流，所述第二公式为

icp为预测电流，icm[n]为实际电流，ud[n]为振子机械速度。

进一步地，所述计算所述预测电流和所述实际电流之间的差异，具体包括利用第三公式对预测电流和所述实际电流运算得到差异，所述第三公式为：

εoei[n]＝icm[n]-icp[n]

其中，εoei[n]为差异函数，表示马达参数的差异。

进一步地，所述马达更新参数包括对马达电阻进行更新的马达电阻更新参数和对电磁力系数进行更新的电磁力更新系数，其中，所述自适应调节模块利用第四公式对所述差异进行运算得到马达电阻的马达更新参数，第四公式为：

所述自适应调节模块利用第五公式对所述差异进行运算得到电磁力系数的马达更新参数，第五公式为：

其中，

均为迭代的步长，σu为自适应滤波器前项系数。

进一步地，所述根据所述马达更新参数和所述期望的位移信号重新运算出所述驱动信号，具体包括，根据第六公式对马达更新参数和所述期望的位移信号进行运算得到新的驱动信号，所述第六公式为：，根据以下表达式计算得到，

其中，

b1-a＝a1，

b2-a＝a2，

其中，Ωd和Qd为均衡模块的期望谐振频率和品质因子，σc为增益系数，其中，σc为增益系数根据以下表达式获得：

本发明还提供一种电子设备，包括马达和上述马达的振动控制系统。

本发明的有益效果是：本发明提供一种马达的振动控制系统，根据实际电压和实际电流检测的马达闭环控制技术来获取马达更新参数，并通过均衡模块的运算获得新的驱动信号，以达到减少振动效果畸变的目的，提高用户的使用体验。

【附图说明】

图1是本发明马达的振动控制系统的结构示意图。

图2为马达的振动控制方法的流程示意图。

图3为本发明电子设备的结构示意图。

图4为本发明实施例中a1的变化曲线图。

图5为本发明实施例中a2的变化曲线图。

图6为本发明实施例中马达电阻Reb的变化曲线图。

图7为本发明马达的振动波形图。

【具体实施方式】

为了使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各个实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好理解本发明而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本发明所要求保护的技术方案。

本发明实施例的提供了马达的振动控制系统、方法以及电子设备。马达的振动控制系统中，驱动马达振动的驱动信号经过变换模块和均衡模块调整后驱动马达振动，同时由自适应调节模块根据马达的实际电压和电流，计算补偿量，发送至均衡模块继续调整驱动信号，形成了闭环系统，使马达的振动更稳定，避免了振动效果产生畸变，提高了用户的体验。该马达的振动控制系统主要应用于装配有马达的电子设备，电子设备包括但不限于智能手机、平板电脑和可穿戴设备。

请参看图1，图1为马达的振动控制系统的结构示意图。本发明的一种马达的振动控制系统，所述系统包括：变换模块10、均衡模块20、第一转化模块30、第二转化模块40、误差计算模块50以及自适应调节模块60。

变换模块10连接激励电信号的信号源，用于获取输出至马达70的预设激励电信号vn，并根据激励电信号vn至位移信号变换的传递函数对所述预设激励电信号进行运算得到期望的位移信号。所述预设激励电信号vn是根据用户期望的振动效果进行设置。

具体的，所述传递函数用第一公式表示，所述第一公式为

其中

Ω0为所述电机的谐振频率，fs为所述变换模块10中模数转换的采样率，Q为所述电机的品质因子，kd为所述马达的劲度系数。

均衡模块20电连接至变换模块10，用于对期望的位移和马达当前参数进行运算得到驱动信号；马达参数包括马达电阻、电磁力系数等。

具体的，所述均衡模块20利用第六公式对所述期望的位移和马达更新参数进行运算得到驱动信号，所述第六公式为，

其中，

b1-a＝a1，

b2-a＝a2，

其中，Ωd和Qd为均衡模块20的期望谐振频率和品质因子，其中Ωd和Qd直接配置即可。σc为增益系数，其中，σc为增益系数根据以下表达式获得

其中，Reb、φ0分别是马达70的当前的电阻和电磁力系数。为劲度系数，kd的获得主要通过以下公式获得：

kd＝ω0*ω0*md

其中，md为马达振子质量，ω0由以下公式获得

a1、a2为二阶模型的参数，。

第一转化模块30用于对驱动信号进行数模转换后输出给马达70以驱动所述马达。

具体的，驱动马达70的驱动信号由均衡模块20传输至第一转换模块30，第一转换模块30为数模转换器。均衡模块20输出的驱动信号进行数模转换后，才能输出给马达70以驱动所述马达。在本实施例中，还包括信号放大器80，用于放大驱动信号，以更好驱动马达70。

第二转换模块40用于获取所述马达在当前驱动信号下的实际电压vcm和实际电流icm并将实际电压vcm和实际电流icm进行模数转换。

具体的，第二转化模块40包括模数转换器40a和模数转换其40b，模数转换器40a用于采集实际电流icm，模数转换其40b用于采集马达70在驱动信号驱动下的实际电压vcm。其中，测量实际电流icm一端的模数转换器40a连接在高敏电阻402两端，该高敏电阻402串联于马达70一端，起分压作用，以避免电子设备的外加电压过高造成马达70两端电压不足问题，也有利于实际电流icm的检测。

误差计算模块50用于计算预测电流icp和实际电流icm之间的差异。

具体的，误差计算模块50利用第三公式对预测电流icp和实际电流icm运算得出预测电流icp和实际电流icm之间的差异，所述第三公式为：

εoei[n]＝icm[n]-icp[n]

其中，εoei[n]为差异函数，表示所述预测电流icp和所述实际电流icm之间的差异。

整理可得第三公式变换式为：

自适应调节模块60用于根据实际电压以及当前马达参数进行运算得出预测电流icp，并将预测电流icp传输给误差计算模块50，计算差异函数。

具体的，预测电流icp通过自适应调节模块60的计算获得，自适应调节模块60利用第二公式对实际电压以当前马达参数计算出预测电流，第二公式为具体计算公式如下：

具体的，Reb为马达电阻，φ0为电磁力系数，ud[n]为振子机械速度，电磁力和速度的乘积为机械运动对电回路部分带来的反向电动势EMF。位移xd[n]和速度ud[n]均进行经典的二阶模型建模，表达式如下：

xd[n]＝σxfcp[n-1]-a3xd[n-1]-a4xd[n-2]

ud[n]＝σufcp[n]-σufcp[n-2]-a1ud[n-1]-a2ud[n-2]

其中，σu、σx和a1、a2为二阶模型的参数，fcp[n]为电磁力，可以表示为fcp[n]＝φ0icm[n]。

自适应调节模块60还根据差异进行参数迭代得到马达更新参数，并将迭代的马达更新参数传输给均衡模块20，以对均衡模块20里的马达参数进行更新，从而调整输出的驱动信号。

具体的，自适应调节模块60为递归滤波器，自适应调节模块60利用所述预测电流和所述实际电流之间的差异结合LMS(Least mean square，最小均方算法)求取马达更新参数。马达更新参数包括对更新后的马达电阻及更新后的电磁力系数，其中，所述自适应调节模块利用第四公式对所述差异进行运算得到马达电阻的马达阻值更新参数，第四公式为：

所述自适应调节模块利用第五公式对所述差异进行运算得到电磁力系数的马达电磁力系数更新参数，第五公式为：

其中，

均为迭代的步长，σu为自适应滤波器前项系数，

当自适应调节模块60根据差异进行参数迭代得到马达电阻的马达更新参数Reb[n+1]和电磁力系数的马达更新参数φ0[n+1]，则将Reb[n+1]和φ0[n+1]作为当前的电阻和电磁力系数，调整输出的驱动信号。

通过采集马达70的实际电压vcm和实际电流icm，反馈至自适应调节模块60获取得到马达更新参数，均衡模块20根据马达更新参数对期望的位移做出调整，能够使马达70的振动效果更符合用户的需求，减少外界因素对振动效果的影响。

请参看图2，图2为马达的振动控制方法的流程示意图。该马达的振动控制方法应用于上述的马达的振动控制系统，具体方法包括：

步骤101：获取输出至马达的预设激励电信号，并根据激励电信号至位移信号变换的传递函数对所述预设激励电信号进行运算得到期望的位移信号。

具体的，所述传递函数用第一公式标识，所述第一公式为：

H(z)为预设激励电信号变化为位移信号的传递函数的z变换，在本实施中，使用传递函数来表征控制马达的振动的线性时不变系统，在离散域中，该传递函数就是系统输入的激励电信号单位脉冲响应的z变换，所以采用z为变量进行表征。其中

Ω0为所述电机的谐振频率，fs为所述变换模块中模数转换的采样率，Q为所述电机的品质因子，kd为所述马达的劲度系数。

步骤S102：所述期望的位移和马达当前参数进行运算得到驱动信号。

具体的，根据第六公式对马达更新参数和所述期望的位移信号进行运算得到新的驱动信号，所述第六公式为：，根据以下表达式计算得到，

其中，

b1-a＝a1，

b2-a＝a2，

其中，Ωd和Qd为均衡模块的期望谐振频率和品质因子，其中Ωd和Qd直接配置即可，σc为增益系数，其中，σc为增益系数根据以下表达式获得

其中，Red、φ0分别是马达的当前电阻和电磁力系数。kd为劲度系数，在自适应调整模块计算补偿量过程，会对kd影响，获得新的kd值。

步骤S103：所述驱动信号进行数模转换驱动所述马达。

步骤S104：获取所述马达在当前驱动信号下的实际电压和实际电流并将所述实际电压和实际电流进行模数转换。

步骤S105：根据所述实际电压以及所述当前马达参数进行运算得出预测电流。

具体的，icp为预测电流，利用第二公式对实际电压以及所述当前马达参数计算出预测电流，所述第二公式为：

具体的，Reb为马达电阻，φ0为电磁力系数，ud[n]为振子机械速度，电磁力和速度的乘积为机械运动对电回路部分带来的反向电动势EMF。位移xd[n]和速度ud[n]均进行经典的二阶模型建模，表达式如下：

xd[n]＝σxfcp[n-1]-a1xd[n-1]-a2xd[n-2]

ud[n]＝σufcp[n]-σufcp[n-2]-a1ud[n-1]-a2ud[n-2]

其中，σu、σx和a1、a2为二阶模型的参数，fcp[n]为电磁力，可以表示为

fcp[n]＝φ0icm[n]

步骤S106：计算所述预测电流和所述实际电流之间的差异。

具体的，利用第三公式对预测电流和所述实际电流运算得到差异，所述第三公式为，

εoei[n]＝icm[n]-icp[n]

其中，εoei[n]为差异函数，表示所述预测电流和所述实际电流之间的差异。

整理可得第三公式的变形式：

步骤S107：根据所述差异进行参数迭代得到马达更新参数。

具体的，在本实施例中，自适应调节模块60为递归滤波器，自适应调节模块60利用所述预测电流和所述实际电流之间的差异结合LMS(Least mean square，最小均方算法)求取马达更新参数。马达更新参数包括对马达电阻进行更新的马达电阻更新参数和对电磁力系数进行更新的电磁力更新系数，其中，所述自适应调节模块利用第四公式对所述差异进行运算得到马达电阻的马达更新参数，第四公式为：

所述自适应调节模块利用第五公式对所述差异进行运算得到电磁力系数的马达更新参数，第五公式为：

其中，

均为迭代的步长，σu为自适应滤波器前项系数。

通过上述公式，计算获得迭代的马达更新参数Red[n+1]、φ0[n+1]。

步骤S108：根据所述马达更新参数和所述期望的位移信号重新运算出所述驱动信号。根据差异进行参数迭代得到马达电阻的马达更新参数Reb[n+1]和电磁力系数的马达更新参数φ0[n+1]，将Reb[n+1]和φ0[n+1]作为当前的电阻和电磁力系数，调整输出的驱动信号。

请参看图3，图3为本发明电子设备的结构示意图，该电子设备100包括马达70和上述实施例的马达的振动控制系统200。

请参看图4，图4为本发明实施例中a1的变化曲线图。

请参看图5，图5为本发明实施例中a2的变化曲线图。

请参看图6，图6为本发明实施例中马达电阻Reb的变化曲线图。

如上述附图4-6所示，可以看出，使用本发明的马达的振动控制系统，能够快速调节马达参数，使马达快速恢复至期望的振动效果。

请参看图7，图7为马达的振动波形图。其中S1为期待的马达振动的振动波形图，S2为使用本发明实施例系统马达的振动波形图，S3为不使用本发明系统马达振动的振动波形图。可以看出，本发明实施例提供的系统的振动波形图与期待的马达振动的振动波形图几乎重叠，与不使用本发明系统的振动波形相差甚大。因此，使用本发明系统的能够使马达振动更接近期待振动。

上述实施例，提供了一种马达的振动控制系统和马达的振动控制方法以及电子设备，通过检测实际电压和实际电流的马达闭环控制技术来获取马达更新参数，并通过均衡模块的来运算获得新的驱动信号，以达到减少振动效果畸变的目的，使马达的振动控制系统更稳健，提高用户的使用体验。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。